• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Naukowiec o zaskakującej ciemnej materii

    25.05.2010. 04:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Poznanie istoty ciemnej materii, która stanowi do 23 proc. masy Wszechświata oraz wyjaśnienie źródeł jej pochodzenia może doprowadzić do wielkiego przewrotu w nauce, większego nawet niż kopernikański - mówił doktorant Wojciech Hellwing z Centrum Astronomicznego im. Mikołaja Kopernika w Warszawie, podczas majowego wykładu "Zaskakująca ciemna materia".

    Nieemitująca i nieodbijająca w kosmosie światła ciemna materia, manifestuje swą obecność jedynie poprzez wywierane przez nią efekty grawitacyjne istnieje. Tego uczeni są coraz bardziej pewni. Nie wiedzą natomiast, z czego jest zbudowana.

    Pierwsza wzmianka o możliwości istnienia niewidzialnej materii pojawiła się w astronomii za sprawą szwajcarskiego uczonego Fritza Zwicky'ego. W roku 1933 badając gromadę galaktyk Coma w Warkoczu Bereniki zauważył, że galaktyki w pewnych zgrupowaniach poruszają się z szybkością przekraczającą siłę grawitacji obliczoną na podstawie ich masy. Do wyjaśnienia tej zagadki zaproponował przyjęcie hipotezy istnienia tzw. niewidzialnej materii. Koncepcja ta nie spotkała się jednak ze zrozumieniem i została szybko zapomniana.

    Hellwing przypomniał, że kilkadziesiąt lat później amerykańska badaczka Vera Rubin analizując prędkości rotacji gwiazd w pobliskich galaktykach zauważyła, że gwiazdy leżące dalej od środka masy danej galaktyki nie krążą wolniej niż gwiazdy leżące w centrum, jakby to wynikało z praw fizyki i masy zawartej w świecącej materii.

    Za to zjawisko, jej zdaniem, odpowiedzialna być może nieznana dotąd, egzotyczna, ciemna materia, nie wysyłająca światła, niewidoczna ani w promieniowaniu rentgenowskim, ani radiowym ani żadnym innym. Uczeni zaczęli się zastanawiać nad tym, jak zatem można wykazać jej istnienie oraz jakie cząstki mogą wchodzić w jej skład.

    Jak mówił prelegent, przełomem w badaniach był rok 2006, kiedy to zarejestrowane przez Teleskop Hubble'a zderzenie się dwóch gromad galaktyk odległych o 5 mld lat świetlnych wykazało, że istnieje tam pierścień ciemnej materii o średnicy 2,6 mln lat świetlnych. Pozostaje pytanie, z czego się ta materia składa. Jak dotąd nie ma na nie jednoznacznej odpowiedzi.

    Pomysły są różne. Wydaje się - wyjaśniał Hellwing - że składnikami ciemnej materii mogą być albo tzw. cząstki słabo oddziałujące na otoczenie (zwane WIMP, od angielskiego skrótu: weakly interacting massive particles) takie, jak obojętnie elektrycznie i praktycznie bezmasowe neutrina czy hipotetyczne subatomowe, znane tylko fizykom teoretykom aksjony albo też cząstki wchodzące w skład MACHO (po angielsku massive astrophysical compact halo object) - obiektów takich, jak mało masywne czarne dziury, gwiazdy neutronowe czy brązowe karły.

    Rozstrzygającym dowodem byłoby złapanie choćby jednej cząstki ciemnej materii w laboratorium - zauważył wykładowca.

    Istnieje w tej chwili kilkanaście projektów eksperymentów, m.in. z użyciem Wielkiego Zderzacza Hadronów pod Genewą, które chcą się z tym wyzwaniem zmierzyć. Ewentualny sukces spowodowałby, że astronomowie spaliby spokojniej - podsumował Wojciech Hellwing.

    PAP - Nauka w Polsce, Waldemar Pławski

    agt/ kap/


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Zimna ciemna materia - jeden z rodzajów ciemnej materii. Postulat jej istnienia wynika z udoskonalenia teorii wielkiego wybuchu zawierającej dodatkowe założenia, że większość materii we wszechświecie składa się z materiału, który nie może być obserwowany, bo nie wytwarza promieniowania elektromagnetycznego (skutkiem czego jest ciemna), a cząstki tworzące tę materię poruszają się wolno (stąd jest zimna). Większość kosmologów traktowała zimną materię jako opis, jak wszechświat przeszedł z gładkiego początkowego stanu we wczesnym czasie (jak pokazują badania kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła) do rozkładu galaktyk i ich gromad, jaki widzimy dziś - wielkoskalowej struktury wszechświata. Masywne zwarte obiekty halo (ang. Massive astrophysical compact halo object, MACHO) – ogólne określenie klasy ciał niebieskich, które mogą stanowić część ciemnej materii w galaktycznych halo. MACHO oznacza dowolne skupisko barionowej materii, emitujące niewiele promieniowania i nieznajdujące się na orbicie żadnej gwiazdy. Obiektami takimi mogą być m.in. czarne dziury, gwiazdy neutronowe, brązowe karły i słabo świecące czerwone karły. Są one bardzo trudne do wykrycia przy pomocy współczesnych metod obserwacyjnych. Galaktyka (z gr. γαλα – mleko) – duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10do 10 gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.

    Gorąca ciemna materia – jeden z rodzajów ciemnej materii. Składa się z cząstek poruszających się z prędkościami relatywistycznymi. Najlepszym kandydatem na gorącą ciemną materię są neutrina. Mają bardzo małą masę, nie uczestniczą ani w elektromagnetycznych, ani w silnych jądrowych oddziaływaniach, są zatem bardzo trudno wykrywalne. Zmodyfikowana dynamika newtonowska (ang. MOdified Newtonian Dynamics, w skrócie - MOND) - teoria fizyczna, w której zasady dynamiki Newtona zmodyfikowane zostały o nieliniową zależność siły od przyspieszenia. Została ona zaproponowana w celu wyjaśnienia niezgodności rotacji galaktyk spiralnych z oczekiwaniami na gruncie mechaniki newtonowskiej i tłumaczonej powszechnie jako istnienie ciemnej materii w tych galaktykach.

    Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), Magnetyczny Spektrometr Alfa – moduł-eksperyment z dziedziny fizyki cząstek, który został umieszczony na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej i którego celem jest dokładny pomiar strumienia naładowanych promieni kosmicznych na niskiej orbicie wokółziemskiej. Eksperyment pozwoli na badanie formowania się Wszechświata, a także na poszukiwanie dowodu istnienia cząstek dziwnych, ciemnej materii oraz swobodnej antymaterii we Wszechświecie. Odkrycie choćby pojedynczych przypadków jąder antyhelu w promieniowaniu kosmicznym dostarczyłoby silnych dowodów na istnienie symetrii między materią i antymaterią. Materia egzotyczna - hipotetyczna koncepcja fizyki cząstek elementarnych; jest to każdy rodzaj materii, który nie jest zgodny z modelem klasycznym lub nie składa się z barionów. Materia tego typu miałaby niespotykane wśród normalnej materii cechy, takie jak np. ujemna masa (nie antymasa - antymateria ma masę dodatnią). Ujemna masa powodowałaby odpychanie grawitacyjne ciał zbudowanych z materii egzotycznej w miejsce przyciągania materii zwykłej. Według niektórych teorii mogłyby z niej być zbudowane tunele czasoprzestrzenne czy hipotetyczne gwiazdy takie jak gwiazdy Q.

    Materia międzygwiazdowa – materia rozproszona w przestrzeni międzygwiazdowej. Jest to materia pierwotna galaktyki, ale w sposób ciągły wzbogacana przez materię traconą przez gwiazdy w wyniku powolnego wypływu bądź eksplozji znacznej części materii gwiazdy (np. jak w przypadku nowej lub gwiazd supernowych). Utrata materii przez gwiazdę jest jednoznaczna ze zwrotem materii do ośrodka międzygwiazdowego, z której wcześniej gwiazda powstała. Jednak skład chemiczny wyrzucanej materii różni się od pierwotnego składu materii, z której powstała gwiazda, ponieważ część tej materii brała udział w procesach jądrowych. Skutkiem jest stałe wzbogacanie materii międzygwiazdowej w galaktyce w produkty wewnątrzgwiezdnych reakcji jądrowych. Fizyka poza modelem standardowym - aspekty fizyki teoretycznej, próbujące wyjaśnić niedoskonałości modelu standardowego, takie jak: pochodzenie masy, naruszenie parzystości ładunku, oscylacje neutrin, asymetrię materii i antymaterii oraz naturę ciemnej materii i ciemnej energii. Dodatkową trudność sprawia aparat matematyczny samego modelu standardowego, który jest niespójny z ogólną teorią względności w punktach, w których jedna lub obie teorie załamują się przy określonych warunkach (np. w osobliwościach czasoprzestrzeni takich jak Wielki Wybuch czy horyzont zdarzeń czarnej dziury).

    Galaktyka (z gr. γαλα – mleko) – duży, grawitacyjnie związany układ gwiazd, pyłu i gazu międzygwiazdowego oraz niewidocznej ciemnej materii. Typowa galaktyka zawiera od 10do 10 gwiazd orbitujących wokół wspólnego środka masy.

    Zaburzenia gęstości (kosmologia): Zimna ciemna materia różni się od innych rodzajów ciemnej materii tym, że zaburzenia gęstości występują w niej we wszystkich skalach, podczas gdy na przykład neutrina nie wykazują żadnych zaburzeń w malej skali. Wszechświat wypełniony neutrinami byłby jak góra o zupełnie płaskim wierzchołku.

    WIMP (ang. Weakly Interacting Massive Particles – słabo oddziałujące masywne cząstki) – hipotetyczne ciężkie (10 GeV/c² do kilku TeV/c², podczas gdy masa protonu to nieco mniej niż 1 GeV/c².) cząstki oddziałujące z widzialną materią z siłą porównywalną do oddziaływań słabych. (Neutrina słabo oddziałują z materią, ale są bardzo lekkie.) Model Lambda-CDM (Λ-CDM, ang. Lambda-cold dark matter) – jeden z najpowszechniej uznawanych modeli kosmologicznych. Jego nazwa pochodzi od dwóch głównych składników Wszechświata: stałej kosmologicznej (oznaczanej przez Λ) i zimnej ciemnej materii. Model ten wyjaśnia mikrofalowe promieniowanie tła (CMB), obserwowaną strukturę wielkoskalową oraz przyspieszanie ekspansji Wszechświata.

    Gwiazda dziwna (gwiazda kwarkowa) – hipotetyczny typ gwiazdy zbudowanej z materii dziwnej. Istnienie takiej ultragęstej materii jest spekulowane wewnątrz bardzo masywnych gwiazd neutronowych. Modele teoretyczne sugerują, że gdy materia jądrowa w gwieździe (neutrinium – materia jądrowa w równowadze ze względu na słaby rozpad β) znajduje się pod wpływem dostatecznie dużego ciśnienia pochodzącego od grawitacji gwiazdy, zachodzi w niej proces dezintegracji nukleonów do materii kwarkowej. Gwiazda kwarkowa jest układem zawierającym plazmę kwarkową w równowadze ze względu na rozpad β (podobnie jak rozpad neutronów w gwieździe neutronowej), w skład której wchodzą kwarki (u, d, s) i gluony. Obecność gluonów opisuje stała B (nazywana stałą worka) oraz zmiana masy kwarków (masa efektywna). W chromodynamice (QCD) kwarki zyskują w plazmie kwarkowo-gluonowej znaczne masy (mu*=md* ~ 330 MeV/c², ms* ~ 450 MeV/c² (masy konstytuentne)). Swobodne kwarki gdy są ekstremalnie blisko siebie (swoboda asymptotyczna) posiadają niewielkie masy (mu*=md* ~ 7 MeV/c², ms* ~ 150 MeV/c² (masy bieżące)).

    Dodano: 25.05.2010. 04:17  


    Najnowsze